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Attributing Runoff Variability to Climate Change and Land Use–Land Cover Change in the Hasdeo River Catchment Using SWAT

Este estudio utiliza el modelo SWAT para demostrar que los cambios significativos en el uso del suelo y la variabilidad climática han aumentado sustancialmente la escorrentía en la cuenca del río Hasdeo, con proyecciones futuras bajo escenarios RCP que indican una intensificación del flujo estacional de los arroyos y un mayor riesgo de inundaciones.

Autores originales: Anuradha Sahu, MK Nema, Susanta Das, VK Chandola

Publicado 2026-06-29

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CC BY 4.0

Autores originales: Anuradha Sahu, MK Nema, Susanta Das, VK Chandola

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina la cuenca del río Hasdeo como una esponja natural gigante situada en el corazón de la India. Esta esponja está hecha de suelo, bosques y campos, y su trabajo es absorber la lluvia y liberarla lentamente hacia el río. Este estudio es como una investigación detectivesca sobre qué sucede cuando aprietas demasiado esa esponja o cambias su textura.

Aquí está la historia del artículo, desglosada en partes sencillas:

1. El escenario: Una esponja bajo presión

El área del río Hasdeo es una "esponja" masiva (de unos 9,920 kilómetros cuadrados). Durante mucho tiempo, esta esponja estuvo cubierta principalmente por densos bosques y matorrales abiertos, que actúan como una capa superior suave y esponjosa que ayuda a que el agua se absorba suavemente.

Sin embargo, en las últimas décadas, los humanos se han dedicado a cambiar la superficie de la esponja. Han:

Talado árboles (deforestación).
Construido más casas y ciudades (urbanización).
Excavado carbón (minería).
Expandido las granjas.

Piensa en esto como reemplazar la parte superior suave y esponjosa de una esponja con una hoja de plástico dura. Cuando la lluvia golpea una hoja de plástico, no se absorbe; se escurre inmediatamente, corriendo cuesta abajo.

2. La herramienta del detective: El modelo "SWAT"

Para averiguar exactamente cuánta agua está corriendo por este paisaje cambiado, los investigadores utilizaron un programa informático llamado SWAT (Herramienta de Evaluación de Suelos y Aguas).

Piensa en SWAT como un simulador de videojuegos súper preciso. Los investigadores alimentaron a la computadora con datos reales sobre la tierra, el suelo y el clima de 1991 a 2017. La computadora luego "jugó" el juego para ver cuánta agua fluiría a través del río bajo esas condiciones.

El resultado: El simulador fue muy bueno en su trabajo. Cuando compararon las predicciones de la computadora con las mediciones de la vida real, coincidieron muy de cerca (aproximadamente un 80% de precisión). Esto les dio confianza de que su "juego" estaba representando la realidad correctamente.

3. ¿Qué pasó en el pasado? (1991–2017)

Los investigadores observaron las fotos del "antes y después" de la tierra.

El cambio: Entre 1991 y 2017, la superficie cubierta por edificios y granjas creció significativamente (alrededor de un 5% y un 4% respectivamente). Mientras tanto, los bosques se redujeron (aproximadamente un 5% a 6%).
El efecto: Debido a que la "esponja" perdió su cobertura forestal esponjosa y ganó superficies duras, el agua no tenía otro lugar a donde ir más que directamente al río.
Los números: El estudio encontró que la cantidad de agua que corría por la tierra aumentó un 146% en la simulación por computadora y un 137% en las observaciones reales. Esencialmente, el río comenzó a transportar mucha más agua de la que solía, principalmente porque la tierra ya no podía retenerla.

4. Mirando hacia la bola de cristal: Predicciones futuras

Los investigadores no solo miraron el pasado; usaron una "bola de cristal" (un modelo climático llamado HadGEM2) para adivinar qué depara el futuro. Observaron tres escenarios diferentes de cómo podría cambiar el mundo para 2050:

Escenario A (RCP 2.6): Un futuro "suave" con baja contaminación.
Escenario B (RCP 4.5): Un futuro "moderado".
Escenario C (RCP 8.5): Un futuro "alto" con mucha contaminación y calor.

La predicción:
Independientemente de qué escenario ocurra, se espera que el río sea más húmedo, especialmente durante la temporada de lluvias.

Bajo el escenario "suave", el flujo del río podría aumentar un 7%.
Bajo el escenario "moderado", podría subir un 10%.
Bajo el escenario "alto", podría dar un salto del 15%.

Peor aún, se predice que la propia temporada de lluvias será mucho más intensa. El estudio predice que los meses de lluvia podrían ver entre un 29% y un 55% más de agua fluyendo que antes. Esto es como convertir una ducha constante en una manguera de incendios.

5. ¿Quién tiene la culpa? (Clima vs. Uso de la tierra)

Los investigadores querían saber: ¿El exceso de agua viene porque está lloviendo más (Cambio Climático) o porque cambiamos la tierra (Uso de la Tierra)?

Encontraron que es un trabajo en equipo, pero la mezcla cambia dependiendo de qué tan malo sea el futuro:

En un futuro "suave": El clima (la lluvia) es el jefe principal, causando aproximadamente el 57% del cambio.
En un futuro "moderado": La interacción entre el clima y la tierra cambiada se convierte en el factor más importante (aproximadamente el 59%).
En un futuro "alto": La combinación de mal clima y nuestra tierra cambiada (minería, tala de árboles) crea una "tormenta perfecta", que explica casi el 70% del cambio.

6. La conclusión fundamental

El estudio concluye que el río Hasdeo se está convirtiendo en un río más rápido, más poderoso y más impredecible.

El riesgo: Debido a que el agua corre más rápido y en mayores volúmenes, el riesgo de inundaciones está aumentando, especialmente en las partes bajas del río donde el agua se acumula.
La advertencia: Si seguimos talando bosques y expandiendo la minería y las ciudades sin planificación para esto, el río podría desbordar sus márgenes con más frecuencia, amenazando a las personas y granjas que viven cerca.

En resumen: La tierra se ha vuelto menos parecida a una esponja y más parecida a un tobogán. Cuando llega la lluvia, el agua se desliza demasiado rápido, y se predice que las tormentas futuras harán que ese tobogán sea aún más empinado. El documento sugiere que necesitamos gestionar mejor la tierra para frenar el agua de nuevo.

Resumen Técnico: Atribución de la Variabilidad de la Escorrentía al Cambio Climático y al Cambio de Uso y Cobertura del Suelo en la Cuenca del Río Hasdeo mediante SWAT

Planteamiento del Problema
La cuenca del río Hasdeo (9.920 km²), una subcuenca crítica del río Mahanadi en Chhattisgarh, India, está experimentando un severo estrés ambiental impulsado por actividades antropogénicas. La minería de carbón extensiva, la rápida urbanización y la expansión agrícola han provocado una deforestación significativa y la alteración del paisaje. Estas transformaciones del Uso y Cobertura del Suelo (LULC, por sus siglas en inglés), junto con la variabilidad climática, están alterando el ciclo hidrológico, específicamente aumentando la escorrentía superficial y reduciendo la retención del suelo. Esto plantea riesgos de inundaciones anormales, reducción de la capacidad de almacenamiento en la presa de Hasdeo y desequilibrio ecológico. Existe la necesidad de cuantificar los impactos relativos de los cambios de LULC frente al cambio climático sobre el caudal para informar la planificación de los recursos hídricos y la gestión de la cuenca.

Metodología
El estudio empleó la herramienta de Evaluación de Suelos y Agua (SWAT), un modelo hidrológico semidistribuido, para simular la escorrentía y atribuir la variabilidad a impulsores específicos.

Área de Estudio y Datos: El modelo se aplicó a la cuenca de Hasdeo, dividida en 23 subcuencas. Los datos de entrada incluyeron Modelos Digitales de Elevación (DEM), mapas de suelos (FAO) y datos meteorológicos diarios (1991–2017) del Instituto de Meteorología de la India (IMD). Los datos hidrológicos (caudal diario) se obtuvieron de la Comisión Central de Aguas.
Análisis de LULC: Los mapas de uso de suelo para 1991 y 2017 se generaron mediante la clasificación supervisada de imágenes Landsat (Landsat 5 y 8) en ArcGIS. La precisión de la clasificación se validó mediante verificación de campo, obteniendo precisiones globales del 85% (1991) y 89% (2017) con coeficientes Kappa de 0,81 y 0,86, respectivamente.
Calibración y Validación del Modelo: El modelo se calibró y validó utilizando la interfaz SWAT-CUP con el algoritmo SUFI-2. El periodo de calibración abarcó 1993–2010, y la validación cubrió 2011–2017. El análisis de sensibilidad identificó el SOL_AWC (contenido de agua disponible en el suelo) como el parámetro más sensible. El desempeño se evaluó mediante el coeficiente de determinación ( $R^2$ ), la eficiencia de Nash–Sutchi (NSE) y la eficiencia de Kling–Gupta (KGE).
Proyecciones Futuras: Se generaron escenarios climáticos futuros utilizando el Modelo Climático Global (GCM) HadGEM2 bajo tres Trayectorias de Concentración Representativa (RCP 2.6, 4.5 y 8.5) para el periodo 1991–2050. Estas proyecciones climáticas se integraron con los cambios proyectados de LULC para simular patrones futuros de caudal.

Resultos Clave

Cambios de LULC (1991–2017): El análisis reveló un aumento del 4,96% en las áreas urbanizadas y un aumento del 3,83% en las tierras agrícolas. Por el contrario, el bosque abierto disminuyó un 6,70% y el bosque denso un 5,13%. Las tierras baldías y los cuerpos de agua aumentaron un 1,66% y un 1,39%, respectivamente.
Desempeño del Modelo: El modelo SWAT demostró un buen desempeño, con valores de $R^2$ de 0,84 (calibración) y 0,86 (validación), y valores de NSE de 0,73 y 0,71, respectivamente.
Tendencias Históricas de Escorrentía: Entre 1991 y 2017, la escorrentía simulada aumentó un 146,53%, mientras que la escorrentía observada aumentó un 137,79%. El caudal promedio estacional aumentó de 257,8 m³/s (1991–2000) a 415,52 m³/s (2011–2017).
Variabilidad Espacio-Temporal: El análisis espacial identificó las subcuencas de aguas abajo (específicamente 12, 16, 20, 22 y 23) como las de mayor caudal, superando los 1500 m³/s. El análisis temporal indicó un aumento del 10–15% en la frecuencia de eventos de escorrentía extrema (clase de 3000–4000 m³/s) después de 2005 en comparación con el periodo anterior.
Proyecciones de Caudal Futuro: Bajo los escenarios RCP, se proyecta que el caudal máximo aumentará un 7% (RCP 2.6), un 10% (RCP 4.5) y un 15% (RCP 8.5) en comparación con los niveles históricos. Se espera que la estación húmeda sea significativamente más húmeda, con aumentos del 29%, 43% y 55% bajo los respectivos escenarios.
Atribución de los Impulsores de la Escorrentía: El estudio cuantificó las contribuciones de la variabilidad climática, el cambio de LULC y su interacción:
- RCP 2.6: La variabilidad climática fue el impulsor dominante (57,57%), con el LULC contribuyendo un 4,41% y la interacción un 38,02%.
- RCP 4.5: El efecto de interacción se volvió dominante (59,42%), con el clima en un 33,71% y el LULC en un 6,87%.
- RCP 8.5: El efecto de interacción contribuyó con un 69,77% al cambio de escorrentía. La influencia directa del LULC aumentó al 18,75%, mientras que la influencia climática directa cayó al 11,48%.

Significancia y Afirmaciones
Los autores afirman que este estudio proporciona una evaluación integral de cómo la variabilidad climática y los cambios de LULC afectan conjuntamente la dinámica del caudal en una cuenca con intensa actividad minera. Los hallazgos confirman que, si bien los aumentos históricos de la escorrentía fueron impulsados por ambos factores, las respuestas hidrológicas futuras estarán cada vez más dominadas por la interacción entre el forzamiento climático y los cambios en la superficie terrestre.

El artículo sostiene que la intensificación proyectada de la escorrentía estacional y la variabilidad del caudal sugiere un mayor riesgo de inundaciones y una alteración en la disponibilidad de agua, particularmente en las subcuencas de aguas abajo. Estos hallazgos se presentan como valiosos para los responsables de la toma de decisiones y los investigadores involucrados en la planificación de los recursos hídricos, la mitigación de inundaciones y la regulación de las actividades mineras. El estudio enfatiza la necesidad de estrategias de gestión integrada de cuencas que tengan en cuenta tanto la planificación del uso del suelo como la adaptación al clima para mitigar los riesgos hidrológicos futuros. Los autores señalan las limitaciones respecto a la resolución espacial de los datos meteorológicos y la exclusión de las interacciones explícitas entre aguas subterráneas y superficiales, sugiriendo estas áreas para investigaciones futuras con el fin de mejorar la precisión predictiva.